不同套种模式对湿地松生长及地力影响

武 魁

(浏阳市林业局，湖南 浏阳 410300)

湿地松(Pinuselliottii)原产于美国，1930年引种至我国，由于表现出较好的适应性，在我国南方省份广泛栽培[1-2]，多以纯林的方式栽植。诸多研究表明大面积营建针叶纯林，由于针叶腐烂分解速度慢导致林地地力衰退，纯林景观效果差，生物多样性低和生态功能等级低等一系列问题突显[3-6]。营造混交林能够改善林分内生态因子，减少病虫害的发生几率，可以显著改善纯林带来的一系列问题[7-10]。特别是松材线虫病危害情况加剧[11]，对松材线虫具有较强抗性的湿地松也出现了感染松材线虫的情况[12]，因此湿地松纯林的提质改造迫在眉睫。目前关于湿地松纯林改造的研究鲜见报道，本研究旨在初步阐明湿地松纯林林下套种树种种类及套种后林地土壤理化性质变异规律，以期为湿地松纯林大面积提质改造提供参考。

1 试验地概况

试验地位于湖南省浏阳市浏阳湖国有林场连云山分场(113 °55′54″E，28°25′34″N )，属于中亚热带湿润气候，年平均气温17.4 ℃，年降雨量1520～1590mm，平均相对湿度80%，年平均光照时间1480～1830h，无霜期270d左右。试验地所在林地平均坡度20°，平均海拔130m，南坡土壤为红壤，土层厚度>80cm。

2 研究方法

2.1 试验对象

试验林分为20年生湿地松林分，林分于2015年3月开展了抚育间伐，间伐后林分密度为1050株·hm-2，郁闭度0.6。

2.2 试验设计

在2015年3月间伐后，林下设置了4个套种处理：A 套种闽楠(Phoebebournei)；B 套种南方红豆杉(Taxuschinensisvar.mairei)；C 套种木荷(Schimasuperba)；D 对照(CK)，不套种。套种密度均为900株·hm-2，每个处理面积为20 m×30m，3次重复。2021年10月对套种树种的树高、胸径等进行调查。

2.3 试验方法

2.3.1 土壤样品采集

采取对角线法。对每个处理的0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层进行土壤样品采集，每个处理采集5份样品，然后将5份样品均匀混合成1个样品；将野外采集的土壤样品经风干过100目筛处理后，进行其土壤养分含量测定。

2.3.2 土壤物理性质测定

土壤容重、毛管孔隙度和田间持水量测定采用环刀法。毛管总孔隙度的计算公式为

Pt=93.947-32.995×b

(1)

式中:Pt为总孔隙度;b为容重。

非毛管孔隙度的计算公式为

Po=Pt-Pc

(2)

式中:Po为非毛管孔隙度；Pc为毛管孔隙度。

2.3.3 土壤化学性质测定

土壤pH值采用2.5∶1 的水土比，用电位计法测定；有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；土壤全氮采用半微量凯氏法测定；水解氮采用碱解扩散法测定；土壤全磷采用碱熔-铝锑抗比色法测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；土壤全钾采用碱熔-火焰光度法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

2.4 数据处理与分析

运用EXCEL 2017软件进行数据整理，用SPSS 17.0软件进行方差分析和多重比较，用GraphPad Prism 8 软件绘制图。

3 结果与分析

3.1 不同套种处理对湿地松生长的影响

由图1、图2可知：套种不同树种对湿地松树高和胸径生长均有影响，在树高生长方面，套种木荷的处理湿地松树高生长最大，其次为套种闽楠，再次为不套种，最小的为套种红豆杉。方差分析表明：套种闽楠处理湿地松树高生长与套种木荷处理和不套种处理之间无显著差异，其余处理之间均有显著差异。在胸径生长方面，湿地松胸径生长量大小为套种木荷处理>套种闽楠处理>不套种处理>套种南方红豆杉处理，套种木荷处理和套种闽楠处理之间差异不显著，其它处理之间差异显著。

图1 不同处理对湿地松树高的影响Fig.1 Effects of different treatments on height of Pinus elliottii注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。

图2 不同处理对湿地松胸径的影响Fig.2 Effects of different treatments on DBH of Pinus elliottii

图3 不同处理对林地不同土层容重的影响Fig.3 Effects of different treatments on bulk density of different soil layers in forestland注：不同小写字母表示同一处理下不同土层差异显著，不同大写字母表示不同处理中相同土层差异显著(P<0.05)。下同。

3.2 不同套种处理对湿地松林地土壤物理性质的影响

由图3可知：同一处理中，不同土层林地土壤容重存在显著差异，土壤容重随着土层深度的增加容重变大；不同处理中，同一土层林地土壤容重存在显著差异，土壤容重大小为不套种处理>套种南方红豆杉处理>套种闽楠处理>套种木荷处理，针叶树处理能够在一定程度上降低林地土壤容重。

由图4、图5可知：同一处理中，不同土层林地土壤孔隙度和毛管孔隙度存在显著差异，土壤孔隙度和毛管孔隙度随着土层深度的增加逐渐变小；在不同处理中，同一土层林地土壤孔隙度和毛管孔隙度存在显著差异，土壤孔隙度和毛管孔隙度大小为套种木荷处理>套种闽楠处理>套种南方红豆杉处理>不套种处理。

图4 不同处理对林地不同土层孔隙度的影响Fig.4 Effects of different treatments on porosity of different soil layers in forestland

图5 不同处理对林地不同土层毛管孔隙度的影响Fig.5 Effects of different treatments on capillary porosity in different soil layers of woodland

不同处理对林地不同土层非毛管孔隙度的影响如图6。由图6可知：非毛管孔隙度变异规律与孔隙度和毛管孔隙度变异规律一致，均随着林地土层厚度的增加逐渐减少，在差异性方面则有所差异；在同一处理中，除不套种处理外，其余处理均在0～20 cm和20～40 cm土层的非毛管孔隙度差异不显著，0～20 cm、20～40 cm 2个土层与40～60 cm土层的非毛管孔隙度差异显著；同一土层在不同处理条件下显著性不一致，如0～20 cm土层非毛管孔隙度套种闽楠与套种红豆杉处理和套种木荷处理差异不显著，但与不套种处理差异显著，其余处理与不套种处理差异不显著；在20～40 cm土层，3个套种树种处理之间差异不显著，套种处理与不套种处理差异显著；在40～60 cm土层，各个处理之间无显著差异；0～20 cm和20～40 cm土层非毛管孔隙度大小为套种木荷处理>套种闽楠处理>套种南方红豆杉处理>不套种处理，40～60cm土层非毛管孔隙度大小为套种木荷处理>套种闽楠处理>不套种处理>套种南方红豆杉处理。

图6 不同处理对林地不同土层非毛管孔隙度的影响Fig.6 Effects of different treatments on non-capillary porosity in different soil layers of woodland

不同处理对林地不同土层田间持水量的影响如图7。由图7可知：在同一处理中，随着土层厚度的增加，田间持水量逐渐减少，套种木荷处理田间持水量最高，最低的是不套种处理。同一土层厚度在不同处理中，其中套种木荷处理林地田间持水量最高，0～20 cm土层套种木荷处理分别是套种闽楠、套种南方红豆杉和不套种3种处理田间持水量的1.2倍、1.7倍和3.3倍；20～40 cm土层套种木荷处理分别是套种闽楠、套种南方红豆杉和不套种3种处理田间持水量的1.1倍、1.5倍和3.1倍；40～60 cm土层套种木荷处理分别是套种闽楠、套种南方红豆杉和不套种3种处理田间持水量的1.1倍、1.3倍和3.6倍。

图7 不同处理对林地不同土层田间持水量的影响Fig.7 Effects of different treatments on field water capacity in different soil layers of woodland

3.3 不同套种处理对湿地松林地土壤化学性质的影响

不同处理下林地0～20 cm土层土壤化学性质情况如表1。由表1可知：在0～20 cm土层，除套种闽楠与套种木荷处理、套种南方红豆杉处理与不套种处理2组的pH值和全氮没有显著差异外，其余指标各处理间均存在显著差异。pH值最高的为套种木荷处理，其次为套种闽楠处理，再次为不套种处理，最低的为套种南方红豆杉处理；全氮含量最高的为套种木荷处理，其次为套种闽楠处理，再次为套种南方红豆杉处理，最低的为不套种处理，其中套种木荷处理全氮含量是不套种的1.2倍；全磷、全钾、水解氮、有效磷和有机质含量和全氮含量变化呈现相同规律，这与套种树种种类有关，套种的阔叶树的掉落物相比针叶树容易腐烂，养分归还速率较快。

表1 不同处理下林地0～20cm土层土壤化学性质情况Tab.1 Chemicalpropertiesof0～20cmsoilinwoodlandunderdifferenttreatments处理全氮含量/(g·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)全钾含量/(g·kg-1)水解氮含量/(mg·kg-1)A1.64±0.02a0.41±0.02a26.07±0.59a188.27±2.48aB1.57±0.03b0.37±0.01b22.83±0.25b180.63±0.59bC1.80±0.02c0.45±0.01c30.27±0.62c198.20±1.41cCK1.54±0.02b0.32±0.02d19.37±0.75d153.43±2.07d处理速效钾含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有机质含量/(g·kg-1)pH值A148.57±1.25a20.77±0.35a46.20±0.50a6.80±0.10aB139.40±0.82b18.80±0.36b40.37±0.74b6.50±0.10bC157.63±1.82c22.80±0.53c51.17±0.71c6.87±0.06aCK136.23±1.76d15.77±0.35d30.43±0.71d6.57±0.15b

不同处理下林地20～40 cm土壤化学性质情况如表2。由表2可知：在林分土壤pH值方面，20～40 cm土层相对于0～20 cm土层变低，最高的为套种闽楠处理，其次套种木荷处理和南方红豆杉处理，最低的为不套种处理；其余土壤化学指标相对于0～20 cm土层均变低，这与表层枯落物的腐烂分解影响有关。方差分析表明：除各处理之间pH值无显著差异外，全氮、全磷、全钾、水解氮、速效钾、有效磷和有机质7项指标在各处理之间存在显著差异。

不同处理下林地40～60 cm土壤化学性质情况如表3。由表3可知：在40～60 cm土层，相比0～20 cm、20～40 cm土层各土壤化学指标迅速下降，不套种处理变异最大。方差分析表明：除各处理之间pH值无显著差异外，全氮、全磷、全钾、水解氮、速效钾、有效磷和有机质7项指标在各处理之间存在显著差异。

表2 不同处理下林地20～40cm土层土壤化学性质情况Tab.2 Chemicalpropertiesof20～40cmsoilinwoodlandunderdifferenttreatments处理全氮含量/(g·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)全钾含量/(g·kg-1)水解氮含量/(mg·kg-1)A1.47±0.05a0.38±0.01a23.97±0.59a182.10±1.51aB1.33±0.06b0.34±0.01b20.73±0.25b175.40±0.95bC1.62±0.02c0.44±0.01c28.17±0.61c193.63±0.91cCK1.44±0.01a0.30±0.01d17.27±0.75d147.87±1.38d处理速效钾含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有机质含量/(g·kg-1)pH值A131.47±1.17a16.50±0.26a34.47±1.04a6.50±0.10aB121.97±1.27b14.70±0.20b28.30±0.46b6.47±0.06aC142.20±6.80c18.83±0.40c39.77±0.71c6.47±0.06aCK117.47±0.71b11.73±0.15d18.37±0.55d6.43±0.12a

表3 不同处理下林地40～60cm土层土壤化学性质情况Tab.3 Chemicalpropertiesof40～60cmsoilinwoodlandunderdifferenttreatments处理全氮含量/(g·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)全钾含量/(g·kg-1)水解氮含量/(mg·kg-1)A1.04±0.02a0.27±0.01a15.90±0.53a91.90±1.37aB0.97±0.03b0.23±0.02b12.67±0.15b85.27±1.15bC1.20±0.02c0.33±0.01c20.07±0.49c103.50±0.70cCK0.94±0.02b0.19±0.01d9.27±0.75d67.37±1.05d处理速效钾含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有机质含量/(g·kg-1)pH值A85.60±0.78a8.40±0.20a14.70±0.50a6.47±0.06aB76.17±1.00b6.50±0.20b8.87±0.74b6.43±0.06aC93.13±0.85c10.60±0.26c19.67±0.71c6.50±0.10aCK72.13±0.59d3.77±0.15d6.47±0.60d6.40±0.10a

4 结论与讨论

4.1 结论

湿地松林下套种闽楠处理、南方红豆杉处理和木荷处理对上层湿地松树高和胸径生长均有影响，套种木荷处理对湿地松树高和胸径生长促进作用最大，其次为套种闽楠处理。湿地松纯林林下套种处理能够改善林地物理性质，降低土壤容重，增加土壤的孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，套种树种对表层土壤的物理性质影响大于较深层土壤，土壤孔隙度和毛管孔隙度大小为套种木荷处理>套种闽楠处理>套种南方红豆杉处理>不套种处理。在0～20 cm和20～40 cm土层非毛管孔隙度大小为套种木荷处理>套种闽楠处理>套种南方红豆杉处理>不套种处理，在40～60 cm土层非毛管孔隙度大小为套种木荷处理>套种闽楠处理>不套种处理>套种南方红豆杉处理。在0～20 cm土层，除套种闽楠与套种木荷、套种南方红豆杉与不套种处理2组的pH值和全氮没有显著差异外，其余指标各处理间均存在显著差异。在20～40 cm和40～60 cm土层，除pH值无显著差异外，其它土壤化学指标在各处理之间存在显著差异。

4.2 讨论

大面积的针叶纯林容易遭受严重的病虫害、火灾频发和森林生产力下降，严重影响森林的可持续经营[13]。混交林具有改良土壤、提高养分利用优势和促进上层林木生长[14-16]，目前在我国南方地区能够新造混交林的地块较少，存在大面积针叶纯林急需进行改造，林下套种树种选择及经营技术处于刚起步阶段，套种树种种类、遗传差异对上层林木及自身的生长有显著影响，林下的光环境对林木的生长也有重要作用[17]，因此上层林木的保留密度和套种树种种类和套种密度均是针叶纯林提质改造的重要研究内容。闽楠、南方红豆杉和木荷是我国南方乡土树种，并且具有一定的耐荫性，能够在林下生长，湿地松及其他针叶纯林套种上述树种，在间伐强度和套种密度等方面的研究还需后续研究。

湿地松纯林套种闽楠、木荷阔叶树对林地0～20 cm土层pH值具有升高作用，套种南方红豆杉处理却降低了林地0～20 cm土层pH值，这可能与表层凋落物的种类和分解速率有关，这还需进一步研究。在20～40 cm和40～60 cm土层套种树种处理林地土壤pH值均比不套种高，这可能与套种树种根系的生理活动有关。研究表明林地的土壤养分特征与树种特性和凋落物养分归还能力有关[18-19]，本研究中套种处理对湿地松林地地力恢复效果最好的为套种木荷，其次为套种闽楠，再次为套种南方红豆杉，相对于湿地松纯林能够显著提高林地土壤氮、磷、钾等养分含量。这与林德喜等[20]在马尾松林下补植阔叶树种能够加速凋落物的分解和提高了林地生产力的研究结果相一致。

本研究仅探索了湿地松林下7年不同套种模式对上层湿地松林木生长和林地土壤理化性质的影响，由于补植树种均未达到半个轮伐期还处于幼龄林时期，补植树种的生长及对上层林木生长和林地影响还需要长期监测，并且中幼龄湿地松纯林的改造还需要深入研究，从而才能更好地科学指导湿地松纯林提质改造。